Di David Weedmark Aggiornato il 24 marzo 2022
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Il magnetismo, come l’elettricità, deriva in ultima analisi dagli elettroni, le particelle caricate negativamente che orbitano attorno al nucleo di un atomo. Ogni elettrone trasporta un minuscolo campo magnetico, noto come momento magnetico, derivante dalla sua rotazione intrinseca e dal movimento orbitale. Quando viene applicato un campo magnetico, questi momenti possono interagire e allinearsi, dando origine a effetti magnetici osservabili.
Mentre i singoli atomi possono possedere momenti magnetici, un materiale nel suo insieme mostra magnetismo solo quando un numero sostanziale di questi momenti coopera. Devono essere soddisfatte due condizioni chiave:
1. Elettroni spaiati:in molti metalli, gli elettroni si accoppiano in modo che i loro momenti magnetici si annullino. Se tutti gli elettroni sono accoppiati, l'effetto magnetico netto è trascurabile, proprio come una linea di locomotive con metà rivolta a nord e metà rivolta a sud. Il ferro, tuttavia, contiene un gran numero di elettroni d spaiati, lasciando spazio alle interazioni magnetiche.
2. Allineamento coerente:anche con elettroni spaiati, il materiale deve consentire a molti momenti di puntare nella stessa direzione. Quando un numero sufficiente di momenti si allineano parallelamente, come una flotta di locomotive tutte dirette a nord, il materiale può interagire fortemente con un campo magnetico esterno. Questo comportamento collettivo è ciò che definisce una sostanza ferromagnetica.
Ferro, nichel e cobalto sono i classici elementi ferromagnetici, facilmente magnetizzati e attratti dai magneti. Altri materiali, come il manganese, hanno elettroni spaiati ma non riescono a raggiungere il necessario allineamento cooperativo, quindi rimangono non magnetici.
Il ferromagnetismo è un fenomeno ben studiato in fisica e scienza dei materiali. La ricerca pubblicata sul Journal of Applied Physics e altre fonti sottoposte a revisione paritaria conferma il ruolo essenziale dello spin degli elettroni e delle interazioni di scambio nella creazione di proprietà magnetiche macroscopiche.
